CN204164053U - 一种隧道竖井顶部负压抽风装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种隧道竖井顶部负压抽风装置，包括筒形风管，在风管的一端设置有迎风筒，迎风筒为空心的圆锥台形结构，迎风筒的小端与风管贯通连接；风管的另一端设置有尾舵，尾舵设置在风管端面的直径线上，且尾舵与风管的端面垂直；在风管的外壁上设置有与风管贯通连接的空心转轴。本实用新型根据流体力学原理，设计了一种负压抽风装置，在自然风通过迎风筒向尾舵一面流动时，会在风管内部产生负压，从而对竖井内部气体起到吸抽作用，并且能自动调整最有利的风向。本装置结构简单，成本低，安装设置方便，充分利用了自然能源，符合绿色发展的理念。

Description

一种隧道竖井顶部负压抽风装置

技术领域

本实用新型涉及道路工程技术领域，特别是涉及一种用于隧道竖井类负压抽风风道装置。

背景技术

普通的隧道竖井顶部一般都不设有辅助通风的装置，或采用风机进行辅助通风，而公路隧道多位于偏远山区，采用风机对隧道进行通风换气时，是在竖井顶部设置若干个风扇，向同一方向扇风；风扇工作时带动竖井顶部空气流动，以实现竖井当中的气体加速排出，但风机工作时易产生环流，通风效率差；并且，偏远山区能源供给有限，对于多个竖井的长隧道，需要设置大量的风机以辅助通风，对能源供给是一个巨大挑战，要投入、维护的成本高；由于成本原因使许多公路隧道竖井顶部不设置辅助通风装置，造成了隧道中通风条件差，汽车尾气污染物、粉尘等造成隧道中能见度降低，带来行车安全隐患；如遇到冒顶等自然灾害，隧道中通风情况更加不容乐观。

发明内容

针对上述现有技术提出的问题，本实用新型的目的在于，提供一种提出一种利用自然风能实现隧道竖井辅助抽风的装置。

为了实现上述任务，本实用新型采用以下技术方案：

一种隧道竖井顶部负压抽风装置，包括筒形风管，在风管的一端设置有迎风筒，迎风筒为空心的圆锥台形结构，迎风筒的小端与风管贯通连接；风管的另一端设置有尾舵，尾舵设置在风管端面的直径线上，且尾舵与风管的端面垂直；在风管的外壁上设置有与风管贯通连接的空心转轴。

进一步地，空心转轴与迎风筒之间的距离小于空心转轴与尾舵之间的距离，空心转轴的直径小于风管的直径。

进一步地，尾舵采用一个直角梯形板，梯形板的上底长度与风管的直径相同，梯形板的下底长度大于风管直径；梯形板与空心转轴的轴心线处于同一平面。

进一步地，尾舵的高度大于迎风筒的高度。

本实用新型根据流体力学原理，设计了一种负压抽风装置，在自然风通过迎风筒向尾舵一面流动时，会在风管内部产生负压，从而对竖井内部气体起到吸抽作用，并且能自动调整最有利的风向。本装置结构简单，成本低，安装设置方便，充分利用了自然能源，符合绿色发展的理念。

附图说明

图1为本装置的正视图；

图2为本装置的俯视图；

图3为本尾舵产生力矩时的风向示意图；

图4为在图3的风向下装置上各部的力矩分布图；

图中标号代表：1—迎风筒，2—风管，3—尾舵，4—空心转轴；

具体实施方式

遵从上述技术方案，如图1和图2所示，针对于偏远山区能源匮乏，隧道通风条件差的情况，本实用新型给出了一种负压抽风装置。

一种隧道竖井顶部负压抽风装置，包括筒形空心且两端通透的风管2，在风管2的一端同轴设置有迎风筒1，迎风筒1为空心的圆锥台形结构，迎风筒1的小端与风管2贯通连接；迎风筒1的作用是增大进风面积，其大端的面积较小端的面积大，而小端与风管2贯通连接。小端和大端分别指圆锥台底面较小的一端和底面较大的一端。

风管2的另一端设置有尾舵3，尾舵3设置在风管2端面的直径线上，且尾舵3与风管2的端面垂直；风管2两端是通透的，一端连接迎风筒1，另一端仅在直径线上设置用于调整其方向的尾舵3；尾舵3为直角梯形板，梯形板上底长度与风管2的直径相同，即梯形板的直角边与风管2外壁上的直线处于一条线上，而梯形板的厚度远远小于风管2厚度，不会造成风阻而影响排风；梯形板的下底长度大于风管2直径，对风向起到更好的导向作用；梯形板与空心转轴4的轴心线处于同一平面，这样尾舵3在受风力的推动而带动整个装置转动时，可保持其在转动过程中，只产生处于空心转轴4横截面圆周方向的力，从而减小摩擦，利于转动；尾舵3的高度大于迎风筒1的高度，尾舵3的高度是指尾舵3上底、下底之间的距离，迎风筒1的高度是指其大端、小端之间的距离，这样尾舵3有更大的迎风面。

在风管2的外壁上设置有与风管2贯通连接的空心转轴4，由于负压风区更靠近迎风筒1的小端，因此转轴与迎风筒1之间的距离小于空心转轴4与尾舵3之间的距离；空心转轴4的直径小于风管2的直径，这样其上部有足够空间产生负压，以对竖井内部的空气起到良好的吸引效果。

空心转轴4的结构可广泛选择，只要其安装在竖井顶面时，能带动整个装置在空心转轴4的圆周方向转动即可。如在一种空心转轴4结构中，空心转轴4的上端与风管2外壁贯通连接，其下端在内部圆周上开设一圈凹槽；对应地，在竖井顶端圆周上设置一圈滑槽，用以安装空心转轴4；并且可以在滑槽中加装滚珠，以利于其转动。

本实用新型原理如下：

当外部空气从迎风筒1的大端流入到风管2的过程中，由于空气的流动是连续的，处处没有空隙，空气流场中各点均无随时间的分子堆积，因而单位时间内，流入迎风筒1截面的空气质量必然相等，即：

m＝ρvA

式中，ρ为空气密度，v为空气流速，A为迎风筒1截面面积；

当空气密度一定时，风管2内气流的流速与截面面积成反比，气流经过迎风筒1后流速逐渐增大，由流体力学中的伯努利方程有：

上式中，P为进入迎风筒1气流总压强，P₁,P₂,v₁,v₂分别是迎风筒1大端和小端上风力的静压，以及大端和小端上的风速；P_a为大气压强。

当来风以垂直于迎风筒1端面掠过该装置时，不论来风的在该水平面的风向如何，只要本装置的尾舵3与风向存在一定夹角θ，如图3所示，根据力矩平衡原理，来风会在尾舵3上产生一定的转动力矩M₂，如图4所示，即：

M＝M₃+M₂-M₁

式中M为总力矩，M₁,M₂分别为空心转轴4两侧的风管2上的力矩；

总力矩促使空心转轴4转动，从而使θ逐渐减小至尾舵3与来风风向处于同一平面；即迎风筒1的端面正对来风方向；当总力矩等于整个装置的转动摩擦力时，可求得使装置转动的最小风速，以根据当地的气候状况，来设置合适大小的装置。

本实用新型适宜应用在小竖井顶部，竖井直径Φ400mm～Φ2000mm，对隧道内的通风起到良好的辅助作用。

Claims (4)

1.一种隧道竖井顶部负压抽风装置，其特征在于，包括筒形风管(2)，在风管(2)的一端设置有迎风筒(1)，迎风筒(1)为空心的圆锥台形结构，迎风筒(1)的小端与风管(2)贯通连接；风管(2)的另一端设置有尾舵(3)，尾舵(3)设置在风管(2)端面的直径线上，且尾舵(3)与风管(2)的端面垂直；在风管(2)的外壁上设置有与风管(2)贯通连接的空心转轴(4)。

2.如权利要求1所述的隧道竖井顶部负压抽风装置，其特征在于，空心转轴(4)与迎风筒(1)之间的距离小于空心转轴(4)与尾舵(3)之间的距离，空心转轴(4)的直径小于风管(2)的直径。

3.如权利要求1所述的隧道竖井顶部负压抽风装置，其特征在于，尾舵(3)采用一个直角梯形板，梯形板的上底长度与风管(2)的直径相同，梯形板的下底长度大于风管(2)直径；梯形板与空心转轴(4)的轴心线处于同一平面。

4.如权利要求1所述的隧道竖井顶部负压抽风装置，其特征在于，尾舵(3)的高度大于迎风筒(1)的高度。